隧道工程-第6章 隧道施工方法1

1、隧 道 工 程第6章 隧道施工方法（一）1本章學習要點 1.掌握隧道工程施工的特點、流程及常見問題 2.了解隧道常用的修建方法 3.掌握鉆爆法各種開挖工法及其特點、適用性 4.熟悉隧道進洞施工常用方法 5.掌握隧道輔助施工措施的概念、作用機理、設 計參數(shù)、施工方法及質(zhì)量控制 6.了解特殊地質(zhì)隧道施工施工方法第6章 隧道施工方法26.1 概述6.2 礦山法施工方法6.3 洞口段與明洞施工方法6.4 輔助施工措施第6章 隧道施工方法6.5 特殊地段的隧道施工3本節(jié)主要內(nèi)容：隧道工程施工的特點隧道施工方法分類隧道施工方法選擇6.1 概述4 隧道工程施工通常包括： 在地層內(nèi)挖出土方石方形成符合設計要求

2、的坑道，進行必要的臨時支撐，和修筑最后的永久襯砌，以控制坑道圍巖變形，保證隧道長期地安全使用，其中坑道開挖是隧道施工的主要作業(yè)內(nèi)容。6.1 概述6.1.1 隧道工程的特點 1. 山嶺隧道施工的基本流程5施工準備超前支護 開 挖 初期支護 防水層 二次襯砌 路面及附屬6.1.1 隧道工程的特點 1. 山嶺隧道施工的基本流程6 2.隧道工程的施工特點 （1）施工全過程受制于地質(zhì)條件 整個工程埋設于地下，因此工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件對隧道施工的成敗起著重要的、甚至是決定性的作用。 必須在勘測階段做好詳細的地質(zhì)調(diào)查和勘探，盡可能準確地掌握隧道工程范圍內(nèi)的巖層性質(zhì)、巖體強度、完整程度、地應力場、自穩(wěn)能力、

3、地下水狀態(tài)、有害氣體和地溫狀況等資料，并根據(jù)這些原始材料，初步選定合適的施工方法，確定相應的施工措施和配套的施工機具。 6.1.1 隧道工程的特點7（2）屬狹長建筑物，工作面很少 隧道是一個狹長的建筑物，正常情況下只有進口與出口兩個工作面，施工速度比較慢，工期也比較長，往往使一些長大隧道成為新建線路上起控制性作用的關鍵工程。 隧道斷面較小，工作場地狹長，一些工序只能順序作業(yè)，很花時間，需通過合理的施工管理來予以協(xié)調(diào)。因此，如何在有限的施工空間中最大限度地發(fā)揮施工管理的作用，是影響施工進度的關鍵性問題。6.1.1 隧道工程的特點8（3）施工環(huán)境較差 在施工過程中還可能進一步惡化，如爆破產(chǎn)生有害氣

4、體、噴射混凝土產(chǎn)生粉塵等。須采取有效措施加以改善，如人工通風、防塵等，使施工場地符合衛(wèi)生條件，以保證施工人員的身體健康，提高勞動生產(chǎn)率。 （4）多地處偏遠山區(qū)，交通不便 隧道大多穿越崇山峻嶺，施工工地一般都位于偏遠的深山狹谷之中，往往遠離既有交通線，運輸不便，供應困難，這些也是規(guī)劃隧通工程時應當考慮的問題。6.1.1 隧道工程的特點9（5）屬大型的隱避工程 隧道埋設于地下，一旦建成就難以更改，所以，除了必須審慎規(guī)劃和設計外，在施工過程中還要切實嚴把質(zhì)量關，確保每一道工序都嚴格按有關規(guī)定進行。 （6）施工不受氣候影響 與橋梁和線路工程相比，隧道施工可以不受或少受晝夜更替、季節(jié)變換、氣候變化等自然

5、條件的影響，可以長年穩(wěn)定地安排施工。6.1.1 隧道工程的特點10隧道施工方法明挖法暗挖法明挖法蓋挖法沉埋法蓋挖順作法蓋挖逆作法礦山法機械法頂進法傳統(tǒng)礦山法新奧法盾構法掘進機法6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分類11 隧道施工一般可分為明挖法和暗挖法兩大類。 1明挖法6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分類 先將隧道上方地層全部挖開，然后修筑隧道襯砌，并敷設外貼式防水層，再在上面進行回填。此法使用于淺埋隧道如明洞和淺埋地下鐵道(也有挖上部分的)。12 1明挖法13 2暗挖法 不開挖隧道上方地層，全部工程均在地下進行。暗挖法又分為礦山法和機械化兩大類。 （1）礦山法 凡采用鉆眼爆破為主來

6、開挖隧道的方法，都可稱為礦山法。它因最早應用礦山開采而得名。它是將隧道橫斷面進行分塊開挖和分部修建襯砌的。 主要應用山嶺鐵路或公路隧道中。6.1 概述6.1.2 隧道施工方法的分類14（2）盾構法 是指用一種專門的機械“盾構”(shield，TBM)來修筑隧道的方法。這種機械有專門的鑿巖設備和支撐與防護設備。它一般用于水底隧道或軟土深埋地下鐵道中。 6.1.2 隧道施工方法的分類15 3其它施工方法 還有一些特殊的施工方法，如 沉管法 凍結(jié)法 頂管法等 也一般多用于城市隧道工程中。6.1.2 隧道施工方法的分類 山嶺隧道一般都采用礦山法進行施工，本章重點介紹：礦山法、明挖法 16 由于在進行隧

7、道施工時，必須充分考慮隧道工程的特點，才能在保證施工安全的條件下，快速、優(yōu)質(zhì)、低價地建成隧道建筑物。因此對某個具體的隧道工程，就需要選擇與該工程的相適用的施工方法。選擇施工方法的主要原則可歸納為以下幾個方面： 1. 工程的重要性 一般由工程的規(guī)模，使用上的特殊要求，以及工期緩急體現(xiàn)出來。6.1 概述6.1.3 隧道施工方法的選擇17 2. 隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件 即應保證在開挖過程中，坑道有足夠的穩(wěn)定性。 3. 工程結(jié)構條件 即應考慮隧道的埋深，斷面的形狀，尺寸和線路坡度等。 4. 施工條件 指應考慮隧道所處的地形條件，作業(yè)場地布置，不同地質(zhì)地段改變施工方法的銜接問題；同時應盡量采用大斷

8、面或分部少的開挖方法，以利簡化工序，和拓寬工作面，便于機械化施工。6.1.3 隧道施工方法的選擇18 5. 技術條件 包括施工隊伍的技術水平，動力和機具設備，施工期限和工程造價等，應盡量考慮采用先進施工技術、工藝和大型現(xiàn)代化設備。 6. 工程投資效益和環(huán)境要求 以上幾點尤以工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件是選擇施工方法的先決條件。當然隧道施工方法的選擇，是一項“模糊”的決策過程，它依賴于有關人員的學識、經(jīng)驗、毅力和創(chuàng)新精神。6.1.3 隧道施工方法的選擇19本節(jié)主要內(nèi)容：礦山法施工方法的類型全斷面法臺階法分部開挖法施工中可能發(fā)生的問題及其對策6.2 礦山法施工方法20 1.習慣分類 目前在工程界常把礦山

9、法分為： 新奧法與傳統(tǒng)礦山法兩大類型。 新奧法的施工方法脫胎于傳統(tǒng)礦山法，二者既有相同又有不同。 由于新奧法的廣泛普及，在我國的隧道工程中已很少采用傳統(tǒng)礦山法。 6.2 礦山法施工方法6.2.1 礦山法施工方法的類型21 2.新奧法與傳統(tǒng)礦山法的關鍵異同點： 相同： 均采用鉆爆法施工。 不同： 對圍巖的處理不同。 新奧法施工的基本原則： “少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”。6.2.1 礦山法施工方法的類型22開挖工法全斷面法分部開挖臺階法導洞法中導洞法和三導洞法上下臺階法臺階分部法單側(cè)壁導洞法雙側(cè)壁導洞法下臺階分部法上臺階分部法6.2.1 礦山法施工方法的類型 3.新奧法施工的開挖方法分類23

10、 1. 施工順序 就是將全部設計斷面一次開挖好，接著修建襯砌的方法，其橫斷面工序圖和縱斷面工序圖如所示：6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法24 1. 施工順序 (1)用鉆孔臺車鉆眼，然后裝藥聯(lián)線； (2)退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道的斷面輪廓； (3)排除危石，安裝拱部錨桿(必要時)和噴射第一層混凝土； (4)用裝碴機械將石碴裝入出碴車運出洞外； (5)安裝邊墻錨桿(必要時)和噴射第一層混凝土； 6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法25 (5)安裝邊墻錨桿(必要時)和噴射第一層混凝土； (6)必要時拱、墻噴射第二層混凝土； (7)按上述工序開始下一輪循環(huán)作業(yè)； (8)在

11、圍巖和初期支護基本穩(wěn)定后，或按施工作者要求的日期施作二次襯砌及灌注底部混凝土。6.2 礦山法施工方法注：習慣標注方法：阿拉伯字1、2、3.表示挖掘; 羅馬字、.表示支護；266.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法27 鉆爆作業(yè)循環(huán)：6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法28 2. 適應條件 (1)主要在穩(wěn)定的級圍巖中采用，但如果有可靠的支護手段(如鋼拱支撐，噴錨支護)，在級圍巖或無水的級圍巖中亦可使用。 (2)需有全斷面鉆孔臺車，和高效率的裝運機械及其配套設備：大型開挖及運輸設備。6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法29 3優(yōu)點 (1)工序少，相互干擾少，便于組織，施工和管理；

12、(2)開挖一次成型，對圍巖擾動少，有利于圍巖的穩(wěn)定性； (3)工作空間大，便于組織大型機械化施工，因此，施工進度高，目前，我國雙線鐵路隧道一般都能保持月進成洞平均150m左右，高者已接近300m/月。6.2 礦山法施工方法30 三條主要作業(yè)線： (1)開挖作業(yè)線 鉆孔臺車、裝藥臺車、大型裝碴機與運載車 (2)錨噴作業(yè)線 混凝土噴射機、噴射機械手、運輸進料設施 (3)模注混凝土襯砌作業(yè)線 混凝土拌合、混凝土輸送、防水層作業(yè)、襯砌模板 4.機械化施工的關鍵6.2 礦山法施工方法6.2.2 全斷面法316.2.2 全斷面法326.2.2 全斷面法33 1.臺階法的類型 將斷面從上至下分成2個或3個臺

13、階進行開挖的方法； 根據(jù)臺階的長度可分為3種 （1）長臺階法 （2）短臺階法 （3）超短臺階法6.2 礦山法施工方法6.2.3 臺階法34 (1) 長臺階法 上、下兩斷面相距較遠，上臺階超前50m以上或大于5倍洞跨。甚至上臺階先可以貫通，即為“半斷面法”。 適用條件：適用于石質(zhì)較好的級圍巖和配備有中型鉆孔臺車的場地； 特點：進度快，僅次于全斷面法。6.2.3 臺階法35 臺階縮短：（11.5）B L5B, 特點：支護閉合時間加快，圍巖穩(wěn)定性增加； 臺階縮短加大了對下臺階施工的干擾。 適用條件：、級圍巖，是施工中常采用的方法。(2) 短臺階法6.2.3 臺階法36 上臺階長度僅為35m。 特點：

14、更有利于控制圍巖變形，但上下臺階相隔 太近，施工干擾大。 適用條件：軟弱破碎圍巖(、級圍巖) 超短臺階法6.2.3 臺階法37 將3種臺階法放在一起比較：區(qū)別主要在臺階長度。6.2.3 臺階法38 2.臺階法的一般開挖順序 (1)開挖上半斷面（拱部）噴射混凝土對軟弱地層需安設錨桿和加設鋼支撐出碴。 (2)開挖下半斷面(邊墻及底部)噴射混凝土同樣對軟弱地層需安設錨桿和加設鋼支撐，及時形成閉和圈出碴。 (3)修筑永久性模注襯砌。6.2.3 臺階法396.2.3 臺階法406.2.3 臺階法41 (1)初期支護閉合環(huán)的時間要求 圍巖越差，閉合時間要求越短，臺階必須縮短。 (2)施工機械的效率 效率高

15、，則可以縮短支護閉合時間，臺階可適當加長。 (3)原則：希望初期支護盡快閉合。 圍巖不好時，應以條件為主； 圍巖較好時，應以條件為主。3. 選擇臺階長度的條件 6.2.3 臺階法42 （1）下半斷面開挖:必要時下臺階可采用分部開挖； （2）開挖后要及時噴射混凝土，暴露時間愈長愈不安全； （3）量測要及時，當位移速度加快時，應立即采取措施。4.短臺階施工注意事項：6.2.3 臺階法436.2.3 臺階法44 1.適用條件 主要應用于斷面跨度較大的隧道。且?guī)r層較軟弱的地質(zhì)條件(如土質(zhì)或易坍塌)的隧道中(軟弱，松散圍巖)。 2. 類型 (1)環(huán)形開挖留核心土法； (2)單側(cè)壁導坑法； (3)雙側(cè)壁導

16、坑法其中(2)是(3)的變化方案； (4)中隔墻法(CD法)和交叉中隔墻法(CRD法)。 重點介紹前(3)種 6.2 礦山法施工方法6.2.4 分部開挖法45 3. 環(huán)形開挖留核心土法 （1）適用于：土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖；小型施工機具。 （2）特點： 留核心土支頂工作面，穩(wěn)定性優(yōu)于超短臺階法： 進度慢。 6.2.4 分部開挖法46（3）作業(yè)順序 1)用人工或單臂掘進機開挖環(huán)形拱部(在能不爆破時盡量不爆破，以免擾動圍巖)； 2)施作拱部初期支護，如架鋼支撐、打錨桿、噴砼； 6.2.4 分部開挖法 3)在拱部初期支護的保護下，挖掘核心土； 4)開挖下臺階，隨時接長鋼支撐，施作邊墻初期支護并封底；

17、 5)根據(jù)初期支護的變形情況適時施作二次模筑襯砌47核心土工字鋼臨時工作平臺3. 環(huán)形開挖留核心土法483. 環(huán)形開挖留核心土法49 （1）適用于：斷面跨度大，對地表沉陷有控制要求的軟巖。 （2）特點： 洞室開挖跨度減小，有利于圍巖穩(wěn)定； 導坑要閉合，增加了材料用量； 進度慢。 4.單側(cè)壁導坑法6.2.4 分部開挖法50 （3）作業(yè)順序 1)開挖側(cè)壁導坑，并施作閉合臨時支護； 2)開挖上臺階，進行拱部初期支護，使其一側(cè)支承在導坑的初期支護上，另一側(cè)支承在下臺階上； 3)開挖下臺階，進行另一側(cè)邊墻的初期支護，并盡快施作底部初期支護，使全斷面形成閉合支護； 4)拆除導坑臨空部分的臨時支護； 5)施

18、作二次模注混凝土襯砌。 6.2.4 分部開挖法514.單側(cè)壁導坑法6.2.4 分部開挖法52 （1）適用于：對地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。 （2）特點： 雙導坑，使洞室最大開挖跨度更小，穩(wěn)定性增加； 耗材增加； 進度慢。 5.雙側(cè)壁導坑法(眼鏡工法)6.2.4 分部開挖法53 （3）作業(yè)順序 1)開挖一側(cè)導坑，及時將其初期支護閉合； 2)相隔適當距離后開挖另一側(cè)導坑，將初期支護閉合； 3)開挖上部核心土，施作拱部初期支護，拱腳支承在兩側(cè)壁導坑的初期支護上； 4)開挖下臺階，施作底部的初期支護，使初期支護全斷面閉合； 5)拆除導坑臨空部分的初期支護； 6)待隧道周邊變形基本穩(wěn)定后，施作二

19、次模注襯砌。6.2.4 分部開挖法546.2.4 分部開挖法5.雙側(cè)壁導坑法(眼鏡工法)556.2.4 分部開挖法5.雙側(cè)壁導坑法(眼鏡工法)566.2.4 分部開挖法5.雙側(cè)壁導坑法(眼鏡工法)576.2.4 分部開挖法5.雙側(cè)壁導坑法(眼鏡工法)586.2.4 分部開挖法5.雙側(cè)壁導坑法(眼鏡工法)596.2.4 分部開挖法5.雙側(cè)壁導坑法(眼鏡工法) 問題： （1）雙側(cè)導坑的開挖是對開還是錯開？為什么？應錯開挖，間距710m。避免在同一斷面上同時開挖的總跨度過大。 （2）導坑尺寸如何確定？應滿足施工要求，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。606.2.4 分部開挖法5.雙側(cè)壁導坑法(眼鏡

20、工法)6162本節(jié)主要內(nèi)容：洞口段的概念進洞方法明洞施工方法6.3 洞口段與明洞施工方法63 1.概念 “洞口段”是指隧道開挖可能給洞口地表造成不良影響(下沉、塌穴等)的洞口范圍。一般情況可按下圖劃分。6.3 洞口段與明洞施工方法6.3.1 洞口段的概念64埋深淺地質(zhì)條件差地表水匯集可能存在偏壓要考慮環(huán)境、景觀影響工序循環(huán)再準備、磨合階段2.洞口段特點6.3 洞口段與明洞施工方法65 3.洞口段施工注意事項: 先清理洞口邊仰坡有可能滑塌的表土及危石。 刷坡應自上而下逐段開挖。 不采用深眼大爆破開挖邊仰坡。 洞門厚度內(nèi)的襯砌應與洞身襯砌同時施工，連成 整體。 端墻砌筑與回填應兩側(cè)對稱同時進行，以防襯砌 產(chǎn)生偏壓。 洞口應設置加強襯砌段，其長度一般不小于10m。6.3 洞口段與明洞施工方法66 影響施工方法的因素： 地質(zhì)條件-最為重要！ 地形條件 施工機具配備情況 洞外相鄰建筑的影響 隧道自身構造特點 6.3 洞口段與明洞施工方法6.3.2 進洞方法676.3 洞口段與明洞施工方法6.3.2 進洞方法隧道進洞方案刷坡進洞 不刷坡進洞強支護零開挖進洞 明洞暗做 掏槽先墻后拱 全斷面法進洞 其它進洞方法 進洞方法